Xây dựng hệ thống điều khiển và giám sát cho hệ thống xử lý không khí AHU (Air Handling Unit) của hãng Johnson Controls

Xây dựng hệ thống điều khiển và giám sát cho hệ thống xử lý không khí AHU (Air Handling Unit) của hãng Johnson Controls TÓM TẮT Nội dung bài báo đề cập tới giải pháp tự động hóa tòa nhà của hãng JohnSon Controls. Bài báo tập trung giải quyết cụ thể về chương trình điều khiển và giám sát cho hệ thống xử lý không khí AHU của hãng JohnSon Controls. 1. ĐẶT VẤN ĐỀ Building Automation System (BAS): Tự động hóa tòa nhà là một vấn đề đang được các nhà đầu tư quan tâm và khai thác rộng rãi trên nhiều mặt bởi đây là một hệ thống điều khiển và quản lý tòa nhà hiện đại, mang tính tổng thể. Nó có nhiệm vụ tích hợp, kết nối tất cả các hệ thống trong tòa nhà về một trung tâm điều khiển. Các hệ thống đó là: * Hệ thống điều hòa không khí * Hệ thống chiếu sáng * Hệ thống phòng cháy, chữa cháy * Hệ thống an ninh vào, ra * Hệ thống kiểm soát môi trường * Hệ thống cấp nước * Hệ thống thang máy Hầu hết các giải pháp tự động hóa tòa nhà được cung cấp bởi các hãng như: Siemens, Beckhoff, Honeywell, JohnSon Controls, Hager, Crestron, ABB,Trong phạm vi bài báo này tác giả giới thiệu giải pháp tự động hóa tòa nhà với chương trình điều khiển và giám sát hệ thống AHU của hãng JohnSon Controls. 2. CÁC HỆ THỐNG ĐIỀU HÒA KHÔNG KHÍ CỦA HÃNG JOHNSON CONTROLS 1. PAU 2-pipe cooling only: PAU loại 2 ống chỉ làm lạnh 2. PAU 2-pipe cooling with electric heater: PAU loại 2 ống làm lạnh với điện trở sưởi 3. PAU 2-pipe cooling & heating with humidifier: PAU loại 2 ống làm lạnh và làm nóng với nhiệt ẩm. 4. PAU 4-pipe cooling & heating with humidifier control: PAU loại 4 ống làm lạnh và làm nóng với bộ điều khiển nhiệt ẩm. 5. CAV AHU 2-pipe cooling only: CAV AHU loại 2 ống chỉ làm lạnh 6. CAV AHU 2-pipe cooling with electric heater: CAV AHU làm lạnh với điện trở sưởi 7. CAV AHU 2-pipe cooling & heating with humidifier: CAV AHU làm lạnh và làm nóng với nhiệt ẩm. 8. CAV AHU 4-pipe cooling &heating with humidifier control: CAV AHU làm lạnh và làm nóng với bộ điều khiển nhiệt ẩm. 9. VAV AHU 2-pipe cooling only: VAV AHU loại 2 ống chỉ làm lạnh 10. VAV AHU 2-pipe cooling with electric heater: VAV AHU làm lạnh với điện trở sưởi 11. VAV AHU 2-pipe cooling & heating with humidifier: VAV AHU làm lạnh và làm nóng với nhiệt ẩm. VAV AHU 4-pipe cooling & heating with humidity control: VAV AHU làm lạnh và làm nóng với bộ điều khiển nhiệt ẩm. 3. THIẾT BỊ CHÍNH TRONG MỘT ỨNG DỤNG CỦA AHU Về VAV AHU 2-pipe cooling only và các thiết bị chính của nó. Trên hình 1 vẽ các thiết bị được bố trí như sau: 1: Cảm biến nhiệt độ 2: Thiết bị đo áp suất vi sai 3: Thiết bị dò khí C 4: Bộ dò khói 5: Bộ lọc bụi 6,7,8,9,10 : Các trạng thái của quạt 11: Van nước máy lạnh 12: Van cấp khí tươi 13: Van cấp khí hồi 4. YÊU CẦU CỦA BÀI TOÁN ĐIỀU KHIỂN ĐIỀU HÒA KHÔNG KHÍ 2 ỐNG LÀM LẠNH VAV AHU Hình 1: VAV AHU loại 2 ống chỉ làm lạnh Hình 2: Chương trình điều khiển chính Hình 3: Các phần tử trong chương trình Hình 4: Bộ điều khiển PID trong chương trình Đối với chế độ tự động bộ điều khiển kỹ thuật số trực tiếp DDC sẽ cung cấp lịch trình thời gian cho quá trình khởi động/dừng của AHU. Cảm biến nhiệt độ (TE-1) xác định nhiệt độ khí cấp. Khi hệ thống ở chế độ làm mát, DDC cung cấp bộ điều khiển PI điều chỉnh van nước máy lạnh (TV-1). Các hệ số Ki, Kp được tự xác định theo hệ thống thực thông qua phương pháp điều chỉnh lấy mẫu (PRAC+) nhằm nâng cao khả năng tự động điều chỉnh của các thông số. Thiết bị đo áp suất vi sai (DPT-1) đo chênh áp đường cấp/hồi nước lạnh tới AHU, được cảm biến chuyển thành tín hiệu điện, truyền về bộ điều khiển. DDC điều chỉnh tốc độ quạt thông qua tần số của biến tần (VSD) để duy trì giá trị đặt của áp suất tĩnh. Ống dò khí C (C) được cài đặt để giám sát nồng độ khí C trong lượng khí hồi. DDC điều chỉnh thông số PI của van tiết lưu (DA-2) dựa trên cảm biến khí. DDC giám sát trạng thái on/off của quạt. Van làm mát cơ giới và van điều tiết khóa liên động với trạng thái của quạt. Công tắc của thiết bị đo áp suất vi sai (DPS) dùng để theo dõi tình trạng của bộ lọc. Khi lượng bụi vượt quá giới hạn cho phép tín hiệu sẽ báo về bộ điều khiển DDC. Bộ dò khói (SD-1) để giám sát tình trạng khói. Khi khói được phát hiện bởi bộ dò khói thì quạt sẽ dừng hoạt động. 5. CHƯƠNG TRÌNH ĐIỀU KHIỂN Căn cứ vào yêu cầu của bài báo và phần mềm của hãng JohnSon Controls ta lập được chương trình điều khiển của AHU trong tầng 1 của tòa nhà. Trong chương trình điều khiển này chúng ta chú ý đến bộ điều khiển PID. Trong bộ điều khiển PID này có các biến quá trình, điểm đặt và các hệ số Ki, Kp được lựa chọn. Bộ điều khiển PID này có chức năng tự xác định tham số PID. Chức năng này làm việc rất tốt với các hệ thống điều chỉnh nhiệt độ. 6. GIAO DIỆN GIÁM SÁT Tất cả các thông số hoạt động của hệ thống được hiển thị cho người vận hành xem và thay đổi từ trạm vận hành. Các thông số bao gồm: giá trị đặt, giá trị giới hạn của báo động, thời gian trễ, hằng số điều chỉnh cho vòng lặp điều khiển PID, thời gian hoạt động, thời gian biểu Dưới đây là giao diện giám sát AHU cho tầng 1 của tòa nhà. (Hình 5) Hình vẽ 5: Giao diện giám sát điều khiển của hệ thống AHU 7. KẾT LUẬN Từ việc nghiên cứu giải pháp tự động hóa tòa nhà của hãng JohnSon Controls với phần mềm chuyên dụng của hãng cho thấy sự phát triển không ngừng trong lĩnh vực tự động hóa tòa nhà. Việc lập trình đơn giản, giao diện với hình thức đẹp mắt rất thuận tiện cho người sử dụng và vận hành.